光纤通信：交换技术在光网络中的应用

随着信息化的发展，各种新型业务对通信网的宽带和容量提出了更高的要求。但是，在目前的光纤通信系统中，网络的各个节点要经过多次的光-电、电-光变换，而其中的电子器件在适应高速、大容量的需求上存在诸多缺点，如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等，由此产生通信网中的“电子瓶颈”现象。而且目前的电子交换机和信息处理网络的发展已经接近了电子速率的极限。为了解决这一问题，充分发挥光纤通信的极宽频带、抗电磁干扰、保密性强、传输损耗低等优点，研究人员开始在交换系统中引入光交换技术。

光交换是指光纤传送的信息直接进行交换。与电子数字程控交换相比，光交换无需在光纤传输线路和交换机之间设置光端机进行光电、电光变换，并且在交换过程中还能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点。它主要有四种交换方式：空分光交换、时分光交换、波分光交换、复合型光交换。

(1)空分光交换是指空间划分的交换，空间光开关是光交换中最基本的功能开关。其基本原理是将光交换元件组成门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一输出光纤之间构成通路。

(2)时分光交换就是在时间轴上将复用的光信号的时间位置转换成另一时间位置。其交换原理与现成的电子程控交换中的时分交换系统完全相同，因此它能与采用全光时分多路复用方法的光传输系统相匹配。在这种方式下，可以时分复用各个光器件，能够减少硬件设备，构成大容量光交换机。

(3)波分光交换就是将波分复用信号中任一波长变换成另一波长。可调波长滤波器和波长变换器是实现波分交换的基本元件，前者的作用是从输入的多路波分光信号中选出所需波长的光信号，后者则将可变波长滤波器选出的光信号变换成适当的波长后输出。

(4)复合型光交换是指在一个交换网络中同时应用两种以上的光交换方式。空分+时分，空分+波分，空分+时分+波分等都是常用的复合光交换方式。

光交换属于全光网络中关键节点技术，主要完成光节点任意光纤端口之间的光信号交换及选路，它所完成的最关键工作就是波长变换。

由于实质上是对光的波长进行处理，所以更确切地说，光交换应该称之为波长交换。全光网络的几大优点如带宽优势、透明传送、降低借口成本等都是通过该技术体现的。从功能上划分，光交换、OXC(光交叉连接器)、OADM(光分插复用器)是顺序包容的。即OADM是OXC的特例。由于OXC和光交换还在发展之中，目前对光交换的命名比较混乱。有的把现有的OADM、OXC都称为光交换系列，有的又称为光路由器。所以目前的光交换大多数以OXC甚至OADM暂时充当。

通常OXC有3种实现方式：光纤交叉连接、波长交叉连接和波长变换交叉连接。其中，光纤交叉连接以一根光纤上所有波长的总容量为基础进行交叉连接，容量大但不灵活;波长交叉连接可将任何光纤上的任何波长交叉连接到使用相同波长的任何光纤上。比如，波长λ1、λ2、λ3和λ4从输入端1号纤输入，波长交叉连接可以将这4个波长选路到输出端口的1、2、3和4号纤上去。

现在也有人将这种波长交叉连接称为无源光路由器，它的波长可以通过空间分割实现重用。波长的选路路由由内部交叉矩阵决定，一个N×N的交叉矩阵可以同时建立N2条路由。波长变换交叉连接可将任何光纤上的任何波长交叉连接到使用不同波长的任何光纤上，具有最高的灵活性。它和波长交叉连接的区别是可以进行波长转换。光交换的这种特性，突破了电子网络的速率“瓶颈”。可以快速为客户提供端到端的高速宽带路由及虚拟光纤网络。